专利名称：改进的被动式电力滤波电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种改进的被动式电力滤波电路，特别涉及一种可以根据补偿电路的需求，来设定补偿电路工作所需的额定电压的电源电路。
背景技术：
随着科技的进步，人们对于电能的依赖性也与日俱增，电力已经是现代生活中不可或缺的一项重要资源。以往对电力的要求是电力充足，但是随着生活水平的提高及科技产业的升级，追求高品质的电力供需，一直是全球各国所要达到的目标，我国工业已转型为高科技、高产值产业，也代表着许多精密设备已被广泛使用，因此导致人们对电力的要求也有所改变，除了电力上量的提高之外，也开始兼顾电力品质的优劣与否，然而大量的兴建电厂，并非解决问题的唯一途径，必需一方面提高电力供给的能量，另一方面则需提高电气产品的功率因子(Power factor)或效率，才能有效解决问题。目前人们使用的各项设备，绝大多数其内部都是直接或是间接以直流电源工作。可是电力公司因发电系统与电力传输等的考虑，其所提供的电力为交流电，因此我们需要交流/直流转换器，将交流电转换成所需的直流工作电压，常见的交流/直流转换器为二极管桥式整流器，此电路只须四个二极管即可，因为架构简单且成本低廉，所以广泛被使用。如图2所示，是其电压/电流波形示意图，但是此电路的缺点是输入电压和输入电流有相位差使功率因子下降，以及输入电流含有高谐波成份，所造成的输入电流的波形严重失真，导致电力系统不稳定，严重时会使供电中断，再加上现今有很多的电气产品因其内部阻抗的特性，使得其功率因子非常低，加上使用者对电力品质的要求日益严格，使得改善电源供应器的功率因子成为一项重要课题，其技术要点则是着重在于电源供应器的电力滤波电路上。
电力滤波电路的主要作用是让电压与电流的相位相同且使负载近似于电阻性以达到较低的输入电流谐波值，因此在电路设计上有很多种作法，主要可分为被动式电力滤波电路和主动式电力滤波电路两种，其中被动式电力滤波电路因为所需线路简单，生产成本较低所以在成本的考虑下，业界多采用被动式滤波电路，主要是由电容及电感等被动元件所构成，用以将落后或是领先的电流相位补偿回来同时降低电流谐波值，对于功率因数值的要求较不严谨，其作法是使用含有气隙硅钢片形式的电感串联在输入端上，或配合电容作LC型或π型低通滤波器，然而愈是要对低频有作用的电感，其电感值必需愈大，举例来说，在个人计算机上的ATX电源供应器，若是被动式电力滤波电路时，其体积都相当大且笨重，功率因数值在最好的状况下也只能达到70％而已，在严格的功率因数要求规范下并不适用。
为能改善被动式滤波电路输出功率因数不佳的问题，现有技术的解决方式是采用电路补偿，主要是在原有的被动式滤波电路加入一补偿电路，如图1所示，包括一过载保护电路11、一突波电流限制电路12、一第一滤波电路13、一功率因数校正电路14、一整流器15、一功率因数补偿电路16、一第二滤波电路17、一电源推动电路18、一主变压器19、一输出整流器20、一电源回授电路21、一待机电源电路22、以及输出滤波电路23、24、25，其中该功率因数补偿电路16是由两串联的二极管D4、D5，以及一电容C8所组成，由于该功率因数补偿电路16须有一电压源对该电容C8储存一额定电压，以便让滤波电容C5、C6提前充电来达到补偿的效果，故该待机电源电路22除了作为供应该控制IC 211及备用电源所需的电能之外，另外再从该待机电源电路22的二极管D6的阴极分流一回路做为该功率因数补偿电路16的电压源，以便对该电容C8充电，如此虽然达到了功率因数补偿的目的，也改善了输出功率因数，但是因提供给该电源回授电路21的控制IC 211的电压源一般均设定有一定的电能无法任意调整，若自该待机电源电路22把该电压源分流给该功率因数补偿电路16使用，除了输出的额定电压为固定值无法调整之外，更将使得该控制IC 211无法得到足够的电能，如此就容易对该控制IC 211产生干扰，而令该电源回授电路21工作失常，进而使电源的输出不稳定。
综合上述，采用被动式电力滤波电路，在应用上存在有能源转换效率不高，容易产生工频震动和噪音等问题，而如果加装现有技术披露的补偿电路又易造成输出电源的不稳定，所以被动式电力滤波器虽然广泛被应用在电力系统上，但是其电路结构仍有待改善。
实用新型内容鉴于上述现有技术的缺陷，本实用新型的主要目的在于不从该待机电源电路分流取得电压源，而是另行设计一可随着功率因数补偿电路的电压需求不同而设定的电压源电路，以解决现有自待机电源电路作分流来取得额定电压所造成的电源输出不稳定的问题。
本实用新型的另一目的在于提供一多段功率因数补偿电路，以改善电源供应器的功率因子，并符合电气规范，及节省制作成本。
因此，根据本实用新型的改进的被动式电力滤波电路，用以改善电源供应设备的输入功率因数及降低电源谐波值，提高电力系统效率，其包括一整流器；两滤波电容，以串联的方式电性连接于整流器的直流电输出端上；一功率因数补偿电路，电性连接于整流器的直流电输出端与两滤波电容之间，以提前整流器的直流电输出端进入两滤波电容储存电能的电流导通时间；以及一功率因数补偿电压源电路，具有一独立的线圈绕组，其电性耦合于电源供应设备的主变压器中，用以产生功率因数补偿电路工作所需的一额定补偿电压。
根据本实用新型的改进的被动式电力滤波电路另行设计一可随着功率因数补偿电路的电压需求不同而设定的电压源电路，从而解决了现有自待机电源电路作分流来取得额定电压所造成的电源输出不稳定的问题。
图1为现有功率因数校正补偿电路的结构示意图。
图2为被动式滤波电路的电压/电流波形示意图。
图3为本实用新型的第一实施例的结构示意图。
图4为本实用新型的第二实施例的结构示意图。
图5为本实用新型功率因数修正后的电压/电流波形示意图。
具体实施方式
请参阅图3所示，为本实用新型的第一实施例的结构示意图，主要包括过载保护电路11、该突波电流限制电路12、第一滤波电路13、功率因数校正电路14、整流器15、功率因数补偿电路16、第二滤波电路17、电源推动电路18、主变压器19、输出整流器20、电源回授电路21、待机电源电路22、一功率因数补偿电压源电路27、以及输出滤波电路23、24、25，图中该功率因数校正电路14为一线圈绕组，负责对应该第二滤波电路17的两滤波电容C5、C6产生谐振效应以形成电流相位提前，图中该功率因数补偿电路16电性连接于整流器15的直流电输出端与两滤波电容C5、C6之间，以提前该整流器15的直流电输出端进入两滤波电容C5、C6储存电能的电流导通时间，该功率因数补偿电路16包括与滤波电容C5、C6电性串联的二极管D4、D5以及一电性连接于该二极管D4、D5之间的电容C8，该功率因数补偿电压源电路27由一电性耦合于该主变压器19的一次侧中的线圈绕组N2，及与该线圈绕组N2电性串联连接的二极管D3、D5、及并联连接该线圈绕组N2的电容C7所组成，用以提供该功率因数补偿电路16工作所需的一额定补偿电压，其中该线圈绕组N2的线圈匝数，可以根据该功率因数补偿电路16对额定电压的需求来调整，以便让该功率因数补偿电压源电路27的输出电压可以符合该功率因数补偿电路16的所需，同时因为该功率因数补偿电压源电路27是独立回路，而不是自该待机电源电路22作分流取得，所以没有现有技术因分流造成的控制IC211电能不足产生干扰，而导致该电源回授电路21失控而使电源输出不稳定的问题。
请参阅图4，为本实用新型的第二实施例的结构示意图，主要包括过载保护电路11、突波电流限制电路12、第一滤波电路13、功率因数校正电路14、整流器15、一多段功率因数补偿电路26、第二滤波电路17、电源推动电路18、主变压器19、输出整流器20、电源回授电路21、待机电源电路22、功率因数补偿电压源电路27、以及输出滤波电路23、24、25，图中该多段功率因数补偿电路26工作所需的一额定补偿电压是由该功率因数补偿电压源电路27所提供，而该多段功率因数补偿电路26则电性连接于一具备有交流电输入端及直流电输出端的该整流器15，由数组相互并联的子补偿回路所组成，用以让该滤波电容C5、C6在不同的时段进行提前充电，而该子补偿回路是由电性连接的二极管D4、D6、D7、D8、电容C8、C9、C10、C11、及齐纳二极管Z01、Z02、Z03所组成。
请参阅图4，首先由功率因数补偿电压源电路27所提供的电源VCC在上一半波顺序经二极管D5对电容C8、C9、C10、C11进行充电，其中电容C8被充至VCC的全额电位，而电容C9因串有齐纳二极管Z01故只被充有VCC的3/4电位，电容C10串有齐纳二极管Z02故充有VCC的2/4电位，而电容C11串有齐纳二极管Z03故充有VCC的1/4电位(其中功率因数补偿电压源电路27、电容C8、C9、C10、C11及齐纳二极管Z01、Z02、Z03可视补偿值多少来进行调整)；请参阅图5所示，其为本实用新型的电压波形A，上升到加上电容C8先前被充电所储存的电位，高于滤波电容C5、C6时，原储存于电容C8的电能即经二极管D4对滤波电容C5、C6进行提前充电如图5的延长导通时间电流波形33(因电容C8被充有全部的VCC电压故会最先被启动)；当电压波形A再上升到加上电容C9先前被充电所储存3/4VCC的电位，并高于滤波电容C5、C6时，原储存于电容C9的电能即经二极管D6对滤波电容C5、C6进行提前充电如图5的提前导通时间电流波形32；当电压波形A再上升就如上两步骤般让电容C10对滤波电容C5、C6进行提前充电如图5的延长导通时间电流波形31(若有必要可再增加级数)，最后当电压波形A上升到滤波电容C5、C6端电压时即会形成一主回路电流30经该功率因数校正电路14整流器15对滤波电容C5、C6开始充电。因此，根据本实用新型所披露的技术，可达到顺序补偿被动式电力滤波电路的效果，并且符合电气规范的需求，且制作成本低。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种改进的被动式电力滤波电路，用以改善电源供应设备的输入功率因数及降低电源谐波值，提高电力系统效率，其特征在于包括一整流器(15)；两滤波电容(C5、C6)，以串联的方式电性连接于所述整流器(15)的直流电输出端上；一功率因数补偿电路(16)，电性连接于所述整流器(15)的直流电输出端与所述两滤波电容(C5、C6)之间，以提前所述整流器(15)的直流电输出端进入所述两滤波电容(C5、C6)储存电能的电流导通时间；以及一功率因数补偿电压源电路(27)，具有一独立的线圈绕组(N2)，其电性耦合于所述电源供应设备的主变压器(19)中，用以产生所述功率因数补偿电路(16)工作所需的一额定补偿电压。
2.根据权利要求1所述的改进的被动式电力滤波电路，其特征在于，所述线圈绕组(N2)电性耦合于所述主变压器(19)的一次侧。
3.根据权利要求1所述的改进的被动式电力滤波电路，其特征在于，所述功率因数补偿电路(16)包括与滤波电容(C5、C6)电性串联的二极管(D4、D5)以及一电性连接于所述二极管(D4、D5)之间的电容(C8)，所述功率因数补偿电源电路(27)由电性耦合于所述主变压器(19)一次侧的所述线圈绕组(N2)、与所述线圈绕组(N2)电性串联连接的二极管(D3)、与所述线圈绕组(N2)电性并联连接的一电容(C7)所组成。
4.根据权利要求1所述的改进的被动式电力滤波电路，其特征在于，所述功率因数补偿电路(16)是一多段功率因数补偿电路(26)。
5.根据权利要求4所述的改进的被动式电力滤波电路，其特征在于，所述多段功率因数补偿电路(26)设于所述整流器(15)的直流电输出端与所述两滤波电容(C5、C6)之间，藉由所述功率因数补偿电压源电路(27)取得所述多段功率因数补偿电路(26)工作所需的所述额定补偿电压，用以多时段提前所述直流电输出端进入两滤波电容(C5、C6)储存电能的电流导通时间。
6.根据权利要求4所述的改进的被动式电力滤波电路，其特征在于，所述多段功率因数补偿电路(26)至少具有一子补偿回路。
7.根据权利要求6所述的改进的被动式电力滤波电路，其特征在于，所述子补偿回路包括一二极管(D6、D7、D8)、一电容(C9、C10、C11)、一齐纳二极管(Z01、Z02、Z03)，其中，所述一二极管(D6、D7、D8)与所述两滤波电容(C5、C6)电性串联，所述一电容(C9、C10、C11)与所述一二极管(D6、D7、D8)电性串联连接，所述一齐纳二极管(Z01、Z02、Z03)与所述一电容(C9、C10、C11)电性串联连接。
专利摘要本实用新型公开了一种改进的被动式电力滤波电路，用以提供功率因数补偿电路所需的一额定补偿电压，以解决现有自待机电源电路作分流来取得额定电压所造成的电源输出不稳定的问题，此外还通过一种可以在不同的时间点让整流器的直流电输出端上接设的两滤波电容提前充电的电路，用以补偿被动式电力滤波电路无法解决的电流相位超前或落后部分，以改善电源输出功率因数。
文档编号H02M1/14GK2834002SQ200520008440
公开日2006年11月1日 申请日期2005年3月22日 优先权日2005年3月22日
发明者卢文庆 申请人:日宝电子股份有限公司